KR19980087218A - Active Multimode Optical Signal Splitter - Google Patents
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Abstract
능동 광신호 스플리터는 광신호 분할 손실을 보상한다. 능동 광신호 스플리터는 입력 광신호의 분할 및 증폭을 제공하는 능동 다중모드 도파관과, 다수의 집적된 단일 모드 도파관을 포함한다. 단일 모드 도파관은 능동 및 수동 도파관 영역으로 형성될 수도 있다. 펌핑 전류가 N개 출력 광신호의 개개의 진폭 제어를 제공하기 위해 능동 단일 모드 도파관 영역에 적용될 수 있다. 능동 다중모드 도파관에서 입력 광신호의 분할 및 광 증폭을 제공함으로써, 신호 분할로 인한 광학적 손실로부터 발생하는 손실은 보상될 수 있어서, 실질적으로 손실이 전혀 없이 1개의 광신호를 N개의 광신호로 분할하는 것은 가능하다.The active optical signal splitter compensates for the optical signal splitting loss. An active optical signal splitter includes an active multimode waveguide providing segmentation and amplification of an input optical signal, and a plurality of integrated single mode waveguides. Single mode waveguides may be formed of active and passive waveguide regions. Pumping current can be applied to the active single mode waveguide region to provide individual amplitude control of the N output optical signals. By providing segmentation and optical amplification of the input optical signal in an active multimode waveguide, the losses arising from the optical losses due to signal segmentation can be compensated, thereby splitting one optical signal into N optical signals with virtually no loss. It is possible to.
Description
본 발명은 광신호 스플리터(splitter)에 관한 것으로, 더 상세하게는 신호 분할로 인한 광학적 손실을 최소가 되도록 광 전력 증폭을 제공하기 위하여, 신호 분할과 전류 펌핑을 허용하는 광 다중모드 도파관을 포함하는 능동 다중모드 광신호 스플리터, 및 N개 출력 신호의 개개의 진폭 제어를 제공하기 위해 전류 펌핑을 공급하는 수동 영역을 포함하고, 또한 능동 영역을 포함할 수 있는 도파관 부분에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an optical signal splitter, and more particularly to an optical multimode waveguide that allows signal splitting and current pumping to provide optical power amplification to minimize optical losses due to signal splitting. A waveguide portion comprising an active multimode optical signal splitter and a passive region for supplying current pumping to provide individual amplitude control of the N output signals, and may also comprise an active region.
포토닉 장치는, 방사 패턴의 빔 조향을 제공하기 위해, 단계적 배열 안테나 시스템(phased array antenna system)과 같은 안테나 시스템을 포함하는 다양한 분야에 사용되는 것이 공지되어 있다. 예를 들면, 본 명세서에서 참조로 병합되는 미국 특허 제 5,162,803호 및 제 5,579,016호에 개시된 것과 같이, 상기 단계적 배열 안테나는 배열에 구성되는 다수의 안테나 요소들을 보통 포함한다. 상기 시스템에 있어서, RF 변조 광신호는 배열 내의 개개의 안테나 요소에 번갈아 공급하는 다수의 소자(component) 광신호로 분할된다. 안테나 요소의 각각에 공급되는 소자 광신호는 안테나 요소로부터 조사되는 방사 패턴의 빔 조향을 야기하기 위하여, 시간 지연에 의해서나 위상 지연에 의해서 지연된다.Photonic devices are known for use in a variety of applications, including antenna systems, such as phased array antenna systems, to provide beam steering of radiation patterns. For example, as disclosed in US Pat. Nos. 5,162,803 and 5,579,016, which are incorporated herein by reference, the staged array antenna typically includes a number of antenna elements configured in the array. In such a system, the RF modulated optical signal is divided into a plurality of component optical signals that alternately feed individual antenna elements in the array. The element optical signal supplied to each of the antenna elements is delayed by a time delay or by a phase delay to cause beam steering of the radiation pattern emitted from the antenna element.
광도파관과 같은 포토닉 요소의 경량, 소형 및 기계적 컴플라이언스(compliance)는 상대적으로 낮은 송신 손실, 넓은 대역폭, 및 하찮은 RF 산란을 제공한다. 최근의 기술 진보는 더 높은 주파수와 더 넓은 대역폭을 위한 상기 단계적 배열 안테나 시스템과 함께 사용하는 광 변조기와 복조기의 RF 성능을 향상시켰다.Lightweight, compact, and mechanical compliance of photonic elements, such as optical waveguides, provides relatively low transmission loss, wide bandwidth, and insignificant RF scattering. Recent technological advances have improved the RF performance of optical modulators and demodulators for use with the staged array antenna system for higher frequencies and wider bandwidths.
예를 들면, 미국 특허 제 5,410,625호에 개시된 것과 같이, 수동 광신호 스플리터는 단계적 배열 안테나 시스템을 포함하는 다양한 분야에 사용되는 것이 공지되어 있다. 불행하게도, 상기 수동 광신호 스플리터는 보통 광신호 분할을 수반하는 상대적으로 큰 RF 신호 감쇠로 인한 신호 대 잡음비의 열화(degration)에 민감한 분야에는 일반적으로 적합하지 않다. 더 상세하게는, 상기 시스템에 있어서, 광 캐리어는 RF 전압에 의해 변조된다. 광 캐리어가 N번 분할하면 RF 신호 전력은 1/N2로 감소하는데, 종래의 RF 분산 시스템에서의 상응하는 효과보다도 1/N 계수가 더 크다. 넓은 광 분산 시스템에서의 증가된 RF 분할 손실에도 불구하고, 전기적 마이크로스트립 도파관에 대해 광도파관 내의 전파 손실의 상당한 감소는 많은 시스템에서 손실의 순(net)감소를 야기하며, 특히 만약 높은 대역폭과 소형 및 경량을 원한다면, 상기 광학 시스템은 더 바람직하게 만든다.For example, as disclosed in US Pat. No. 5,410,625, passive optical signal splitters are known for use in a variety of applications, including staged array antenna systems. Unfortunately, the passive optical signal splitter is generally not suitable for applications that are sensitive to signal-to-noise ratio degradation due to the relatively large RF signal attenuation that usually involves optical signal splitting. More specifically, in the system, the optical carrier is modulated by the RF voltage. If the optical carrier splits N times, the RF signal power is 1 / N2Decreases to The 1 / N coefficient is larger than the corresponding effect in a conventional RF distributed system. Despite the increased RF splitting loss in wide optical dispersion systems, a significant reduction in propagation loss in the optical waveguide for electrical microstrip waveguides results in a net reduction of losses in many systems, especially if high bandwidth and small size. And if light weight is desired, the optical system makes it more desirable.
불행하게도, 상기 광신호 스플리터와 관련되는 손실은 전치증폭(preamplification)을 수반한다. 그러나, 입력 신호의 전치증폭은 RF 게인(gain)이 감소하기 전에, 상한 값이 최대 광 전력에 근접하는 포화 전력에 의해 제한된다. 신호 산탄 잡음의 영향을 최소화하기 위하여, 신호는 보통 약 10밀리와트(㎽) 또는 더 높다. 만약 광 전치증폭기가 수동 장치의 분할 손실을 보상하는데 사용되면, 출력 레벨은, 전치증폭기를 포화로 너무 강하게 드라이브하는 것을 방지하기 위하여, 1*N 스플리터에 의해 근사적으로 1/N배의 포화 전력의 값으로 제한되는 것이 공지되어 있다. 그러나, 상기는 포화 전력이 10밀리와트 신호 출력 레벨을 유지하기 위해 N*10밀리와트가 되는 것을 요구한다.Unfortunately, the losses associated with the optical signal splitters involve preamplification. However, the preamplification of the input signal is limited by the saturation power whose upper limit approaches the maximum optical power before the RF gain is reduced. To minimize the impact of signal shot noise, the signal is usually about 10 milliwatts or higher. If an optical preamplifier is used to compensate for splitting losses in a passive device, the output level is approximately 1 / N times saturation power by a 1 * N splitter to prevent the preamplifier from driving too strongly to saturation. It is known to be limited to the value of. However, this requires saturation power to be N * 10 milliwatts to maintain a 10 milliwatt signal output level.
본 발명의 목적은 종래 기술의 여러 가지 문제점을 해결하는 것이다.It is an object of the present invention to solve various problems of the prior art.
또한, 본 발명의 다른 목적은 분할 손실을 줄이는 광신호 스플리터를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an optical signal splitter which reduces the splitting loss.
간단하게는, 본 발명은 광신호 분할 손실을 보상하는 능동 다중모드 광신호 스플리터에 관한 것이다. 능동 다중모드 광신호 스플리터는 광 다중모드 도파관 및 다수의 신호 모드 도파관을 포함하는데, 상기 광 다중모드 도파관은 신호 분할로 인한 광학적 손실을 최소화시키도록 광 전력 증폭을 제공하기 위하여 신호 분할과 전류 펌핑을 고려한다. 신호 모드 도파관은 능동 및 수동 도파관 영역으로 형성될 수 있다.Briefly, the present invention relates to an active multimode optical signal splitter that compensates for optical signal splitting losses. An active multimode optical signal splitter includes an optical multimode waveguide and a plurality of signal mode waveguides, which provide signal splitting and current pumping to provide optical power amplification to minimize optical losses due to signal splitting. Consider. Signal mode waveguides can be formed with active and passive waveguide regions.
펌핑 전류는 광 증폭 및 분할을 동시에 제공하기 위해 능동 다중모드 도파관에 적용되고, 또한 출력 도파관에 있는 능동 영역의 실시예에 대해, 펌핑 전류는 또한 N개 출력 신호의 개개의 증폭 제어를 제공하기 위해 각 능동 출력 도파관에 적용될 수 있다. 다중모드 광도파관에 광 증폭을 제공함으로써, 약 10㎽로부터 N*10㎽로 포화 전력의 요구된 증가의 페널티 없이, 광 전치증폭의 이익이 얻어진다. 분할로 인한 손실은 보상될 수 있어서, 실질적으로 손실이 전혀 없이 1개의 광신호를 N개의 광신호로 분할하는 것은 가능하다.Pumping current is applied to the active multimode waveguide to simultaneously provide optical amplification and splitting, and for an embodiment of the active region in the output waveguide, the pumping current is also used to provide individual amplification control of the N output signals. It can be applied to each active output waveguide. By providing optical amplification to the multimode optical waveguide, the benefit of optical preamplification is obtained without a penalty of the required increase in saturation power from about 10 Hz to N * 10 Hz. The loss due to the division can be compensated, so that it is possible to divide one optical signal into N optical signals with virtually no loss.
본 발명의 상기 및 다른 목적은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조하면 쉽게 이해될 것이다.These and other objects of the present invention will be readily understood with reference to the following detailed description and the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 능동 다중모드 광신호 스플리터를 1*N의 예로 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing an active multimode optical signal splitter according to the present invention as an example of 1 * N.
도 2A 및 도 2B는 제조 공정의 다른 단계를 도시하는 본 발명에 따른 능동 다중모드 광신호 스플리터를 도시하는 횡단면도.2A and 2B are cross-sectional views illustrating an active multimode optical signal splitter in accordance with the present invention showing different stages of the manufacturing process.
도 3은 공지된 수동 다중모드 스플리터를 도시하는 사시도.3 is a perspective view illustrating a known passive multimode splitter;
도면 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
20 : 광신호 스플리터 24 : 입력 단일 모드 도파관20 optical signal splitter 24 input single mode waveguide
26 : 출력 단일 모드 도파관 28 ; 다중모드 도파관26: output single mode waveguide 28; Multimode waveguide
29 : 전기 접점 스터브 48,52 : 수동 영역29: electrical contact stub 48,52: passive area
50 : 능동 영역50: active area
본 발명은 대칭 모드 자상(self-imaging) 효과에 기초하는 능동 다중모드 광신호 스플리터에 관한 것이다. 1 내지 N 출력 신호로의 광 분할이 1/N (Λ)과 같은 길이의 다중모드 도파관에서 달성되는데, 여기서 Λ는 문헌(J. M. Heatan, R. M. Jenkins, D. R. Wright, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, 및 K. P. Hilton에 의한 GaAs/AlGaAs 다중모드 도파관에서 대칭 모드 혼합을 사용하는 새로운 형태의 집적된 1-N 광빔 스플리터 : Appl. Phys. Lett., Vol. 61, No. 15, pp. 1754-1756, 1992)에 기술된 것과 같이 대칭 모드 자상 거리이다. 다중모드 도파관의 출력은, 예를 들면 반도체 칩 상에서 50마이크로미터의 공간으로 펼쳐지는 N개의 단일 모드 도파관에 모놀리식으로 연결되는데 적합하다. 본 발명의 중요한 특성은, 본 명세서에서 참조로 병합되는 미국 특허 제 5,539,571호 및 제 5,414,554호에 일반적으로 기술된 것과 같이, 광 전력 게인을 제공하기 위하여 선행(upfront) 광 증폭을 제공하는 신호 분할을 고려하고, 또한 전류 펌핑을 고려하는 능동 다중모드 도파관에 관한 것이다. 능동 다중모드 광신호 스플리터는 또한, 수동 도파관으로 형성되거나 능동 및 수동 영역으로 형성될 수 있는 단일 모드 도파관을 포함한다. 단일 모드 도파관의 능동 영역은, 다중모드 도파관으로부터 출력 신호의 개개의 증폭 제어를 제공하기 위하여 전기 접점을 포함할 수 있다. 상기와 같이, 능동 다중모드 광신호 스플리터는 신호 분할로 인한 실질적으로 손실이 전혀 없이 1개의 광신호를 N개의 광신호로 분할하는데 적합하다.The present invention relates to an active multimode optical signal splitter based on symmetric mode self-imaging effects. Light splitting into 1 to N output signals is achieved in multimode waveguides of length equal to 1 / N (Λ), where Λ is described by JM Heatan, RM Jenkins, DR Wright, JT Parker, JCH Birbeck, and KP Hilton. A New Form of Integrated 1-N Light Beam Splitter Using Symmetric Mode Mixing in GaAs / AlGaAs Multimode Waveguides by Appl. Phys. Lett., Vol. 61, No. 15, pp. 1754-1756, 1992). As described, the symmetric mode magnetic field distance. The output of the multimode waveguide is suitable for monolithic connection to N single mode waveguides, for example, spread into a space of 50 micrometers on a semiconductor chip. An important feature of the present invention is that signal splitting provides upfront optical amplification to provide optical power gain, as generally described in US Pat. Nos. 5,539,571 and 5,414,554, which are incorporated herein by reference. And an active multimode waveguide that also considers current pumping. Active multimode optical signal splitters also include single mode waveguides, which may be formed as passive waveguides or as active and passive regions. The active region of the single mode waveguide may include electrical contacts to provide individual amplification control of the output signal from the multimode waveguide. As described above, the active multimode optical signal splitter is suitable for dividing one optical signal into N optical signals with virtually no loss due to signal division.
일반적으로 참조 번호(20)로 확인되는, 본 발명에 따른 광신호 스플리터의 예 실시예가 도 1에 도시되어져 있다. 광신호 스플리터(20)가 1*8 광신호 스플리터로 도시되어 있지만, 본 발명의 원리가 도시되고 기술된 것 이외의 여러 가지 타입의 신호 스플리터에 적용될 수 있다는 것이 당업자는 이해해야만 한다. 게다가, 도시되고 기술되는 광신호 스플리터(20)의 크기는 InP/InGaAsP 반도체 재료에서 1.3미크론(μ)의 광파장에서 작동에 대한 예이다.An example embodiment of an optical signal splitter according to the present invention, generally identified by reference numeral 20, is shown in FIG. 1. Although optical signal splitter 20 is shown as a 1 * 8 optical signal splitter, it should be understood by those skilled in the art that the principles of the present invention may be applied to various types of signal splitters other than those shown and described. In addition, the size of the optical signal splitter 20 shown and described is an example for operation at an optical wavelength of 1.3 microns (μ) in InP / InGaAsP semiconductor materials.
도 1을 참조하면, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 광신호 스플리터(20)는 InP와 같은 반도체 기판 상에 모놀리식으로 제조되는데 적합하다. 광신호 스플리터는 입력 광신호의 1-N 분할을 제공하는 다중모드 도파관(28)을 포함한다. 도 3에 도시된 것과 같이 수동 다중모드 도파관은 일반적으로 해당 분야에 알려져 있고, 본 명세서에서 참조로 병합되는 문헌(J. M. Heatan, R. M. Jenkins, D. R. Wright, J. T. Parker, J. C. H. Birbeck, 및 K. P. Hilton에 의한 GaAs/AlGaAs 다중모드 도파관에서 대칭 모드 혼합을 사용하는 새로운 형태의 집적된 1-N 광빔 스플리터 : Appl. Phys. Lett., Vol. 61, No. 15, pp. 1754-1756, 1992 및 R. M. Jenkins, R. W. J. Debereax, 및 J. M. Heatan에 의한 다중 전파 현상에 기초하는 도파관 빔 스플리터 및 재결합기 : Optics Lett., Vol. 17, No. 14, pp. 991-993, 1992)에 개시되어 있다.Referring to FIG. 1, as described in more detail below, the optical signal splitter 20 is suitable for being monolithically fabricated on a semiconductor substrate such as InP. The optical signal splitter includes a multimode waveguide 28 that provides 1-N division of the input optical signal. Passive multimode waveguides as shown in FIG. 3 are generally known in the art and are incorporated herein by reference (GaMs by JM Heatan, RM Jenkins, DR Wright, JT Parker, JCH Birbeck, and KP Hilton). A New Form of Integrated 1-N Light Beam Splitter Using Symmetrical Mode Mixing in AlGaAs Multimode Waveguides: Appl. Phys. Lett., Vol. 61, No. 15, pp. 1754-1756, 1992 and RM Jenkins, RWJ A waveguide beam splitter and recombiner based on multiple propagation phenomena by Debereax, and JM Heatan: Optics Lett., Vol. 17, No. 14, pp. 991-993, 1992).
본 발명의 중요한 특성은 본 발명에 따른 다중모드 도파관이 광신호 분할은 물론 광 게인을 제공하는 능동 장치로 형성되는 것이다. 도 1에 도시된 것과 같이,An important feature of the present invention is that the multimode waveguide according to the present invention is formed as an active device that provides optical gain as well as optical signal division. As shown in FIG. 1,
광신호 스플리터(20)는 입력 단일 모드 도파관(24); 길이 Λ/N의 다중모드 도파관 게인 공동부(cavity)(28), 여기서 Λ는 대칭 모드 자상 거리 및 N은 신호 출력의 개수; 또한, 다수의 출력 단일 모드 도파관(26)을 포함한다. 전기 접점(도 1에 사선으로 도시됨)은 신호 잡음을 줄이고, 장치의 포화 성능을 향상시키는 선행 게인을 제공하기 위하여 전류 펌핑을 고려하는 다중모드 게인 공동부(28) 상에 형성된다. 선택적으로, 전기 접점 스터브(29)는, 어떤 적용에서 장치에 외부 접속이 용이하게 하기 위하여 다중모드 게인 공동부(28) 상에 형성되는 전기 접점에 연결될 수 있다. 광신호 스플리터(20)는 폭은 3미크론, 길이는 0.1㎜인 입력 단일 모드 도파관(24)으로 형성될 수 있고, InP/InGaAsP 반도체 재료에서 1.3㎛의 광파장에서 작동에 대해 약 1.26㎜의 길이(Λ)와 약 62미크론의 폭(W)으로 형성될 수 있는 능동 다중모드 도파관 게인 공동부(28)에 연결될 수 있고, 또한 능동 다중모드 도파관 스플리터의 출력이 연결되는 다수의 출력 도파관(26)에 연결될 수 있다.Optical signal splitter 20 includes an input single mode waveguide 24; A multimode waveguide gain cavity 28 of length Λ / N, where Λ is the symmetric mode magnetic field distance and N is the number of signal outputs; It also includes a plurality of output single mode waveguides 26. Electrical contacts (shown diagonally in FIG. 1) are formed on the multimode gain cavity 28 which considers current pumping to reduce signal noise and provide a prior gain that improves the saturation performance of the device. Optionally, electrical contact stub 29 may be connected to an electrical contact formed on multimode gain cavity 28 to facilitate external connection to the device in some applications. The optical signal splitter 20 may be formed from an input single mode waveguide 24 having a width of 3 microns and a length of 0.1 mm and has a length of about 1.26 mm for operation at an optical wavelength of 1.3 μm in InP / InGaAsP semiconductor material. Λ) and a plurality of output waveguides 26, which may be connected to an active multimode waveguide gain cavity 28, which may be formed to a width W of about 62 microns, and to which the output of the active multimode waveguide splitter is connected. Can be connected.
다중모드 도파관(28)의 출력은 다수의 단일 모드 도파관(32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 및 46)에 모놀리식으로 연결된다. 장치의 단일 모드 도파관은 제 1 수동 도파관 영역(48), 능동 도파관 영역(50) 및 제 2 수동 도파관 영역(52) 등의 3개의 영역으로 나뉘어질 수 있다. 예를 들면, 제 1 수동 도파관 영역(48)은 길이가 2.75㎜인 반면 능동 도파관 영역(50)은 길이가 0.5㎜이고, 제 2 수동 도파관 영역(52)은 길이가 3.39㎜이다.The output of the multimode waveguide 28 is monolithically connected to a plurality of single mode waveguides 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44 and 46. The single mode waveguide of the device may be divided into three regions: first passive waveguide region 48, active waveguide region 50, and second passive waveguide region 52. For example, the first passive waveguide region 48 is 2.75 mm long while the active waveguide region 50 is 0.5 mm long and the second passive waveguide region 52 is 3.39 mm long.
다수의 전기 접점(54,56,58,60,62,64,66 및 68)은 능동 도파관 영역(50)에서 단일 모드 도파관(32,34,36,38,40,42,44 및 46)에 정렬되고, 연결될 수 있다. 접점(54,56,58,60,62,64,66 및 68)은 N개 출력 신호의 개개의 증폭 제어 상에 개개로 제공하기 위해 단일 모드 도파관(32,34,36,38,40,42,44 및 46)의 전류 펌핑을 고려한다.Multiple electrical contacts 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, and 68 are connected to single mode waveguides 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, and 46 in the active waveguide region 50. Can be aligned and connected. Contacts 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 and 68 are single-mode waveguides 32, 34, 36, 38, 40 and 42 for individually providing on individual amplification control of the N output signals. Consider the current pumping of 44, 46.
본 발명의 중요한 특성은 향상된 포화 성능을 제공하는 것은 물론 분할로 인한 광신호 손실을 보상하는데 사용되는 능동 다중모드 도파관(28)에 관한 것이다. 더 상세하게는, 예를 들면, 도 3에 도시된 것과 같이, 다중모드 스플리터와 같은 종래의 스플리터는 수동 장치이고, 입력 신호 전치증폭을 요구한다. 불행하게도, 입력 신호 전치증폭은 RF 게인이 감소하기 전에, 상한 값이 최대 광 전력에 근접하는 포화 전력에 의해 제한된다. 신호 산탄 잡음의 영향을 최소화하기 위하여, 신호는 보통 약 10밀리와트 또는 더 높다. 만약 광 전치증폭기가 수동 장치의 분할 손실을 보상하는데 사용되면, 출력 레벨은, 전치증폭기를 포화로 너무 강하게 드라이브하는 것을 방지하기 위하여, 1*N 스플리터에 의해 근사적으로 1/N배의 포화 전력의 값으로 제한되곤 한다. 그러나, 상기는 포화 전력이 10밀리와트 신호 출력 레벨을 유지하기 위해 N*10밀리와트가 되는 것을 요구한다. 본 발명의 중요한 특성은 게인은 광도가 결코 포화 세기보다 상당히 초과하지 못하도록 능동 도파관(28)에 공급된다는 것이다. 따라서, 출력 신호 레벨은 10밀리와트 신호 출력을 유지하기 위해 약 10밀리와트만을 필요로 하는 포화 전력에 접근될 수 있다. 상기 기하학적 형상으로, N개 출력으로 분할하기 전에 광 전치증폭의 이익은, 산탄 잡음을 최소화하기 위해 10밀리미터 이상으로 필요로 하는 원하는 출력 신호 레벨보다 더 높은 포화 전력 N배를 가지는 광 증폭기를 제조함이 없이 달성된다.An important feature of the present invention relates to an active multimode waveguide 28 that is used to compensate for optical signal loss due to splitting as well as providing improved saturation performance. More specifically, for example, as shown in Figure 3, conventional splitters, such as multimode splitters, are passive devices and require input signal preamplification. Unfortunately, the input signal preamplification is limited by the saturation power whose upper limit approaches the maximum optical power before the RF gain decreases. To minimize the impact of signal shot noise, the signal is usually about 10 milliwatts or higher. If an optical preamplifier is used to compensate for splitting losses in a passive device, the output level is approximately 1 / N times saturation power by a 1 * N splitter to prevent the preamplifier from driving too strongly to saturation. Often limited to the value of. However, this requires saturation power to be N * 10 milliwatts to maintain a 10 milliwatt signal output level. An important feature of the present invention is that the gain is supplied to the active waveguide 28 so that the luminous intensity never significantly exceeds the saturation intensity. Thus, the output signal level can approach saturation power, which requires only about 10 milliwatts to maintain a 10 milliwatt signal output. With this geometry, the benefit of optical preamplification prior to dividing into N outputs produces an optical amplifier with a saturation power N times higher than the desired output signal level, which requires more than 10 millimeters to minimize shot noise. Is achieved without this.
중요한 고려 사항은 펌핑 전류가 최소의 레벨로 유지되어야 한다는 것이다. 더 상세하게는, 해당 분야에 공지된 것과 같이, 광 게인이 있는 반도체는 광 전력이 포화 세기에 접근함에 따라, 공간 정공(hole)이 격렬하게(burning) 움직임을 나타낸다. 다중모드 상(imaging)은 라인폭 증진 계수 α의 크기 및 증폭기의 광 전력에 따른 격렬하게 움직이는 게인 정공에 의해 영향을 받을 수 있다. 전형적으로, α값의 범위는 대부분 반도체 게인 매질에 대해 2 내지 4이다. 장치가 알맞게 작동하기 위하여, 광 게인은 결코 광도가 양호한 RF 성능에 요구되는 포화 세기를 초과하지 못하도록, 또한 다중모드 상(imaging)에서 격렬하게 움직이는 게인 정공의 효과는 장치의 성능을 그리 저하시키지 않도록 최소의 레벨로 유지되어야 한다.An important consideration is that the pumping current should be kept at the minimum level. More specifically, as is known in the art, semiconductors with optical gains exhibit spatial holes burning as optical power approaches saturation intensity. Multimode imaging can be influenced by the vigorously moving gain holes depending on the magnitude of the linewidth enhancement coefficient a and the optical power of the amplifier. Typically, the α value ranges from 2 to 4 for most semiconductor gain media. In order for the device to function properly, the optical gain will never exceed the saturation intensity required for good RF performance, and the effects of the vigorously moving gain holes in multimode imaging will not degrade the device's performance so much. It must be kept at the minimum level.
도 2A 및 도 2B는 본 발명에 따른 광신호 스플리터(20)를 제조하는 공정을 도시한다. 광신호 스플리터(20)의 제조는, 일반적으로 도 2A 및 도 2B에 도시된 것과 같이 수동 도파관과 같이 반도체 도파관의 짧은 능동 영역을 집적하도록 요구되는 재성장 공정을 포함할 수 있다. 다른 제조 방법은 또한 선택적 지역 에피택시와 같은 것에 적합하다. 특히, 먼저 도 2A를 참조하면, 본 발명에 따른 광신호 스플리터(20)는 InP 기판과 같은, n으로 도핑된 기판(70) 상에 형성될 수 있다. 예를 들면 InGaAsP와 같은, n으로 도핑된 도파관층(72)은 예를 들면, 금속 유기 화학 증기 증착(MOCVD)에 의해 기판(70) 상에 증착되어, 두께 0.3미크론으로 에피택셜적으로 성장될 수 있다. 그 후, 능동층(74)이 증착되고, 도파관층(72)의 상부에서 성장되며, 또한 수동 영역(48,52)에서의 펌핑되지 않은 능동층과 관련되는 큰 흡수 손실을 제거하기 위하여, 도파관이 수동 영역(즉, 영역(48 및 52))에서는 에칭에 의해 제거될 수 있다. 상기 에칭 공정은 또한, 일반적으로 도 2A에 도시된 것과 같이 능동 영역(28 및 50)을 형성한다. 능동층(74)을 형성하는 다양한 층이 예를 들면, MOCVD로 증착될 수 있다.2A and 2B show a process for manufacturing the optical signal splitter 20 according to the present invention. Fabrication of optical signal splitter 20 may include a regrowth process that is typically required to integrate short active regions of semiconductor waveguides, such as passive waveguides, as shown in FIGS. 2A and 2B. Other manufacturing methods are also suitable for such things as selective local epitaxy. In particular, referring first to FIG. 2A, an optical signal splitter 20 according to the present invention may be formed on an n-doped substrate 70, such as an InP substrate. A n-doped waveguide layer 72, such as, for example, InGaAsP, is deposited on the substrate 70 by, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) to be epitaxially grown to a thickness of 0.3 microns. Can be. An active layer 74 is then deposited, grown on top of the waveguide layer 72, and also to remove the large absorption loss associated with the unpumped active layer in the passive region 48, 52. This passive region (i.e., regions 48 and 52) can be removed by etching. The etching process also generally forms active regions 28 and 50 as shown in FIG. 2A. Various layers forming the active layer 74 may be deposited, for example, by MOCVD.
수동 영역(48,52)은 능동층(74)을 에칭하고, 그 후 재성장함으로써 형성되기 때문에, 능동층(74)은 에칭 정지층, 즉 예컨대, MOCVD로 증착된 0.025미크론의 두께를 갖는 도핑되지 않은 InP 으로 형성된다. 도파관의 능동 영역(28 및 50)은 2개의 장벽층(84 및 86) 사이에 샌드위치된 양자 우물층(82)을 포함하는 양자 우물로 형성된다. 양자 우물은 부식 정지층(80)의 상부에 증착된다. 장벽층(84 및 86)은 물론 양자 우물층(82)은 약 0.01미크론의 두께를 갖는 각각의 InGaAsP로부터 형성될 수 있다. 다른 도파관층(88)은, 횡형 광 모드를 최적화시키기 위하여 예를 들면, SCH의 0.045미크론으로부터 형성된, 위쪽 장벽층(86)의 상부에 형성된다. 해당 분야에 공지된 것과 같이, 광 게인을 더 제공하기 위하여, 양자 우물층(82)은 다수의 양자 우물 구조로 구성될 수 있다. 상기 다수의 양자 우물 구조는 장벽층과 교대하는 2 내지 12 또는 그 이상의 양자 우물층으로 구성된다.Since the passive regions 48 and 52 are formed by etching the active layer 74 and then regrowing, the active layer 74 is undoped, i.e., doped with a thickness of 0.025 microns deposited by MOCVD, for example. Not formed of InP. The active regions 28 and 50 of the waveguide are formed of quantum wells including a quantum well layer 82 sandwiched between two barrier layers 84 and 86. Quantum wells are deposited on top of the corrosion stop layer 80. Barrier layers 84 and 86 as well as quantum well layer 82 may be formed from each InGaAsP having a thickness of about 0.01 micron. Another waveguide layer 88 is formed on top of the upper barrier layer 86, for example formed from 0.045 microns of the SCH to optimize the transverse light mode. As is known in the art, in order to further provide optical gain, the quantum well layer 82 may be composed of a plurality of quantum well structures. The plurality of quantum well structures consist of two to twelve or more quantum well layers alternating with barrier layers.
능동층(74)은 수동 영역(48,52)을 만들기 위해 종래의 기술에 의해 에칭된다. 그 후, 위쪽 제한층(90)은 MOCVD 또는 다른 기술에 의해 증착되며, 예컨대 에칭된 구조의 상부에서 재성장될 수 있다. 제한층(90)은 1.0미크론의 두께를 갖는 In으로부터 형성되는 p로 도핑된 층이 될 수 있다. 최상부 층(92)은 p+로 도핑된 InGaAs로부터 형성된다. 그 후, 전기 접점이 이들 단면에 전류 주입 및 광 게인을 제공하기 위해 능동 영역과 정렬되도록 형성될 수 있다. 금속 접점(29, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66 및 68)은 종래의 사진 평판 기술에 의해 형성될 수 있다.Active layer 74 is etched by conventional techniques to make passive regions 48 and 52. The upper limiting layer 90 can then be deposited by MOCVD or other techniques, such as regrown on top of the etched structure. Constraint layer 90 may be a p doped layer formed from In having a thickness of 1.0 micron. Top layer 92 is formed from InGaAs doped with p +. The electrical contacts can then be formed to align with the active regions to provide current injection and light gain in these cross sections. Metal contacts 29, 54, 56, 58, 60, 62, 64, 66, and 68 can be formed by conventional photo plate techniques.
분명히, 본 발명의 많은 변형과 변화는 상기 기술에 비추어 볼 때 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주 내에서, 본 발명은 특별히 위에서 기술된 것과는 다르게 실행될 수 있음을 이해해야 한다.Clearly, many modifications and variations of the present invention are possible in light of the above teachings. It is, therefore, to be understood that within the scope of the appended claims, the invention may be practiced otherwise than as specifically described above.
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